О развитии гидрометеорологических прогнозов для территории стран СНГ

О развитии гидрометеорологических прогнозов для территории стран СНГ P. M. Вильфанд, Д. Б. Киктёв Гидрометцентр России 2 -4 октября 2012 г. , г. Казань

План презентации: 1. Развитие технологий региональных краткосрочных метеорологических прогнозов в Гидрометцентре России; 2. Развитие технологии глобального среднесрочного прогноза; 3. Развитие технологий глобального и регионального долгосрочного прогнозирования

1. Развитие технологий региональных краткосрочных метеорологических прогнозов на основе системы COSMO в Гидрометцентре России

Мезомасштабная модель COSMO-RU 2 x =2. 2 км 420 * 470 * 50 узлов сетки Шаг сетки: 2. 2 км Шаг по времени: 15 сек Срок прогноза: 24 часа COSMO-RU 7 x = 7 км 700 * 620 * 40 узлов сетки Шаг сетки: 7 км Шаг по времени: 40 сек Срок прогноза: 78 часов GME: начальные и граничные данные COSMO-RUsib x =14 км GME x = 30 км 368 642 * 60 узлов сетки Шаг сетки: 30 / 20 км Шаг по времени: 110 сек Срок прогноза: 7 сут 4 360 * 250 * 40 узлов сетки Шаг сетки: 7 км Шаг по времени: 80 сек Срок прогноза: 78 часов

Образцы прогностической продукции модели COSMO Прогноз для г. Минск

2013: Планируемое расширение расчетной области модели COSMO-RU Модель будет реализована на сетке с шагом 6. 6 км с усвоением данных. Подробности - в презентации Г. С. Ривина на секции № 1

2. Развитие технологии глобального среднесрочного прогноза

Глобальные оперативные модели атмосферы для среднесрочного прогноза погоды • Типичное разрешение: 20 -30 км по горизонтали, 6080 уровней по вертикали • Передовые центры имеют горизонтальное разрешение ~15 км • Что имеется в Росгидромете?

Глобальная полулагранжева модель атмосферы ПЛАВ • Конечно-разностный полулагранжев блок решения уравнений динамики атмосферы собственной разработки + набор параметризаций процессов подсеточного масштаба ALADIN/ALARO. • Пространственное разрешение оперативной версии модели для среднесрочного прогноза: 0. 9˚х0. 72˚, 28 уровней по вертикали. • Новая версия с разрешением 0. 18˚х0. 225˚, 51 уровнями, включающая перенос гидрометеоров и параметризацию микрофизических процессов. Близятся к завершению работы по настройке этой версии модели. • Следующая версия (вероятно, 2014) – горизонтальное разрешение 10 км. Имеется достаточный задел для обеспечения масштабируемости на 1500 -2000 ядер • Дальнейшее развитие: негидростатическая версия модели (или новая модель)

Среднеквадратическая ошибка прогноза давления на уровне моря на 3 суток. Период: 1998 -2012

Сравнение оперативной (0. 9˚х0. 72˚, 28 уровней) и новой (0, 225˚х0, 18˚, 51 уровень) версий модели ПЛАВ Начальные данные: NCEP 1˚x 1˚. Регион: Европа. Период сравнения: июнь 2011 + февраль 2012

Среднеквадратическая ошибка давления на уровне моря как функция заблаговременности прогноза (1 - 10 сут) Период: июнь-август 2012. Регион: Cеверное полушарие. Вывод: Скорость роста ошибок примерно такая же, как у зарубежных моделей, однако на 1 -е сутки прогноза ошибка заметно больше => важно улучшать начальные данные для модели

Система усвоения данных Создана схема трёхмерного вариационного усвоения (3 D-Var) полностью собственной разработки Создана работающая в реальном времени схема трёхмерного вариационного усвоения в атмосфере на глобальном масштабе Результаты авторских испытаний демонстрируют преимущество новых анализов (с одним и тем же первым приближением NCEP) по сравнению с оперативными Работает циклическая схема усвоения в океане на базе разработанной унифицированной схемы 3 D-Var 13

Эффект от усвоения спутниковых радиационных наблюдений. Cравнение RMSE 24 -ч. Для прогнозов на 24 часа с (синяя линия) и без (красная линия) усвоения данных AMSU-A. (Основной положительный эффект – в стратосфере. )

Система среднесрочного ансамблевого прогнозирования на основе спектральной модели Новые продукты (прогноз вероятностей) Карты распределения вероятностей наличия осадков за 6 ч Оценка неопределенности прогноза Прогнозы вариантов развития ситуации Интегральная оценка качества ансамблевого прогноза (ROC) для наличия осадков за 6 ч 1 осадков, превышающих порог 2. 5 мм/6 ч 13 прогностических реализаций Т 85 (разрешение ~ 150 км) + 1 реализация ПЛАВ с разрешением ~ 70 км + 1 реализация T 169 с разрешением ~ 70 км 0. 9 0. 8 0. 7 0. 6 13 прогностических реализаций Т 85 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 Заблаговременность, ч 90 96 102 108 114 120 15

3. Развитие технологий глобального и регионального долгосрочного прогнозирования

Один из главных результатов 3 -й Всемирной климатической конференции (Женева, 31. 08 -04. 09 2009 г. ) - учреждение Глобальной рамочной Основы для климатического обслуживания. Рамочная основа должна обеспечить доступ к ориентированным на пользователя климатическим прогнозам и информации для выработки решений и лучшего учета климатических факторов риска. Построение глобальной системы климатического обслуживания уже началось. В структуре Глобальной системы обработки данных и прогнозирования ВМО появились новые оперативно-климатические институты. Обозначились тенденции к построению бесшовных технологий, где в определенном смысле стирается граница между прогнозами погоды, прогнозами климатических изменчивости и изменений.

Международная инфраструктура ВМО для выпуска долгосрочных прогнозов • Центры–производители глобальных прогнозов (ЦПГП) • Региональные климатические центры (РКЦ) - осуществляют - региональную интерпретацию долгосрочной прогностической продукции различных производителей • Национальные метеорологические центры адаптируют прогностическую продукцию РКЦ для своих нужд

12 центров-производителей оперативных сезонных прогнозов в системе ВМО: Beijing, ECMWF, Exeter, Melbourne, Montreal, Moscow, Seoul, Tokyo, Toulouse, Washington Пример: прогноз сезонных аномалий T 2 м на Октябрь-Декабрь 2012 г. Пример карты согласованности прогнозов различных центров. Положительные/отрицательные числа показывают количество моделей, прогнозировавших положительные /отрицательные сезонные аномалии температуры в различных регионах

Особенности оперативной версии атмосферной модели ПЛ-АВ для сезонных прогнозов • Разрешение 1. 4º x 1. 125º, 28 уровней по вертикали • Размерность прогностического ансамбля – 20 прогностических реализаций • Стохастическая параметризация крупномасштабных осадков (Kostrykin, Ezau, Russian Meteorology and Hydrology, 2001). • Гибридное замыкание для глубокой конвекции (Tolstykh, WGNE Res. Act. 2003)

Совместная модель атмосферы и океана для сезонного прогноза • Модели атмосферы и океана соединены без коррекции потоков. • Ансамбль из 10 прогностических реализаций. Возмущаются только начальные данные в атмосфере. • Реализована на SGI Altix 4700. Расчет на 4 месяца – 4 часа на 8 процессорах. Шаг по времени в модели атмосферы – 36 мин, в модели океана – 72 мин. • Сравнивались результаты, осредненные за месяцы 2 -4, для совместной модели и модели атмосферы с простой моделью волюции ТПО. • Результаты показывают положительный эффект совместной модели в тропиках, слабый положительный эффект на поле давления на уровня моря во внетропической части северного полушария (будет показано ниже).

INMOM - океанская компонента совместной модели атмосферы и океана Адекватное воспроизведение характеристик Северного Ледовитого океана: а) использование систем координат с особыми точками (полюсами) за пределами расчетной области б) воспроизведение характеристик морского льда Модель океана может: (1) воспроизводить гидродинамику океана и характеристики морского льда как при заданном атмосферном воздействии, так и совместно с моделью атмосферы; (2) применяться для Мирового океана и его отдельных акваторий с использованием различных криволинейных ортогональных систем координат; (3) работать на параллельных вычислительных системах.

Вертикальное распределение среднегодовой зональной скорости течения в экваториальной части Тихого океана По результатам расчетов по INMOM (1°x 0. 5°x 40) По данным системы усвоения SODA [Carton et al 2000] Реалистично воспроизведено экваториальное противотечение

Средняя климатическая сплоченность морского льда в северном полушарии по данным моделирования и наблюдений Результаты моделирования March Данные AMIP [Hurrel et al 2008] September

Ошибки ретроспективных сезонных прогнозов Гидрометцентра России по атмосферной модели ПЛАВ (Атм) и по совместной модели (CM) за период 1989 -2010 гг. , осредненные по всем сезонам (Представлены ошибки для «полных» полей и аномалий) Атм. RMSE для «полных» значений Н 500 20 -90 N Тропики 90 -20 S P 0 20 -90 N Тропики 90 -20 S T 2 m 20 -90 N Тропики 90 -20 S CM RMSE для «полных» значений Атм. ANOM CORR СМ ANOM CORR Атм. RMSE CM RMSE для аномалий 41. 2 14. 6 39. 1 40. 5 12. 1 40. 3 0. 056 0. 040 0. 126 0. 042 0. 030 0. 123 27. 6 6. 3 27. 6 27. 4 5. 7 27. 4 3. 23 1. 48 5. 34 3. 06 1. 50 5. 39 0. 060 0. 319 0. 131 0. 069 0. 430 0. 128 2. 11 0. 68 2. 62 2. 05 0. 57 2. 61 2. 23 1. 26 2. 41 2. 59 1. 47 2. 79 0. 102 0. 301 0. 140 0. 085 0. 328 0. 095 1. 37 0. 60 1. 26 1. 40 0. 53 1. 28

Североевразийский климатический центр (СЕАКЦ) http: //seakc. meteoinfo. ru Спасибо за внимание Первоначальное решение о создании СЕАКЦ было принято на 18 -й Сессии МСГ Содружества независимых государств (4 -5 апреля 2007 г. , Душанбе). Цель создания Центра - климатическое обслуживания стран СНГ. 19 -я сессия МСГ (16 -17 октября 2007 г. , Обнинск) утвердила Положение о центре. На 20 -й сессии МСГ (8 -9 октября 2008 г. , Кишинев) был утверждены органы управления Центром. Практическая деятельность Центра началась в 2009 г.

Образцы оперативной продукции СЕАКЦ Композитные карты прогностических вероятностей сезонных аномалий температуры по моделям Гидрометцентра России и ГГО Прогностический сезонный обзор аномалий температуры и осадков по данным моделей Гидрометцентра России и ГГО

Перспективная прогностическая продукция СЕАКЦ – совместные еженедельные прогнозы на скользящий месяц с понедельной детализацией по моделям Гидрометцентра России и ГГО • В настоящее время технология совместных прогнозов на скользящий месяц проходит оперативные испытания. Оценки прогнозов температуры воздуха на скользящий месяц по 70 станциям СНГ по оперативной и новой моделям ГГО (еженедельные прогнозы за 2011 г. ) Период RMSE, С AC Q прогноза T 42 L 14 T 63 L 25 Клим. 1 неделя 2. 14 1. 97 3. 67 0. 75 0. 79 0. 61 0. 65 0. 46 0. 43 1. 34 2 неделя 3. 09 3. 04 3. 65 0. 39 0. 37 0. 95 1. 34 3 неделя 3. 28 3. 25 3. 60 0. 29 0. 33 1. 06 1. 34 4 неделя 3. 41 3. 34 3. 58 0. 16 0. 22 0. 27 0. 28 1. 17 1. 15 1. 34 Месяц 1. 94 1. 84 2. 61 0. 52 0. 58 0. 53 0. 56 0. 87 0. 81 1. 70

Образцы продукции СЕАКЦ (2): Данные декадного мониторинга засух 29

Образцы оперативной продукции СЕАКЦ (3) Пример таблицы согласованности прогнозов сезонных аномалий температуры и осадков по данным различных прогностических центров Сравнение с прогнозами других центров СЕАКЦ Мультимодельные прогностические центры одинаковые градации противоположные градации Приземная температура воздуха - теплее обычного - Западная Европа Euro. SIP(юг), IRI, LC MMELRF(юг) - Европейская Россия Euro. SIP(юг), IRI, LC MMELRF(кроме северозапада) - Закавказье, Турция, Израиль APCC, IRI, LC MMELRF - Средняя Азия и Казахстан (кроме северо. APCC, IRI, LC запада) MMELRF(север) - Монголия APCC, IRI(юг и запад), LC MMELRF(запад) Приземная температура воздуха - холоднее обычного - север Восточной Сибири Euro. SIP, IRI, LC MMELRF - Дальний Восток (северо-восток) IRI (крайний северо. APCC , Euro. SIP, LC восток) MMELRF Осадки - дефицит - Забайкалье Euro. SIP(юг), LC MMELRF - Монголия LC MMELRF (запад) Euro. SIP(восток) Осадки - избыточное увлажнение - Зарубежная Европа (кроме Скандинавии) APCC (страны Балтии и Белоруссия), LC MMELRF - Дальний Восток Euro. SIP (север) , IRI (восток Якутии и север Хабаровского края) , LC MMELRF

Спасибо за внимание !